JP2016125384A - Exhaust system of engine drive type work machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はエンジン駆動型作業機の排気システムに関し,より詳細には,排気ガス中の粒子状物質(particulate matter:以下「PM」という。)を除去する排気ガス後処理装置をシステム構成に含んだ,エンジン駆動型作業機の排気システムに関する。 The present invention relates to an exhaust system for an engine-driven work machine, and more particularly, an exhaust gas aftertreatment device for removing particulate matter (hereinafter referred to as “PM”) in the exhaust gas is included in the system configuration. , It relates to the exhaust system of engine-driven work machines.
圧縮機や発電機等の作業機と,これを駆動するエンジンを共に備えたエンジン駆動型作業機では,作業機を駆動するエンジンとして一般にディーゼルエンジンが採用されているが,ディーゼルエンジンでは,その構造上,燃焼時にガソリンエンジンと比べて多くのPMが排気ガスと共に排出される。 In an engine-driven work machine equipped with a work machine such as a compressor or a generator and an engine that drives the work machine, a diesel engine is generally adopted as an engine that drives the work machine. In addition, a lot of PM is discharged with the exhaust gas at the time of combustion compared to the gasoline engine.
このPMは大気汚染や健康被害の原因となることから,排出ガス規制によりディーゼルエンジンから排出されるPMの規制値(単位出力当たりの質量[g/kWh])が定められている。 Since this PM causes air pollution and health damage, a regulation value (mass per unit output [g / kWh]) of PM discharged from a diesel engine is determined by exhaust gas regulations.
上記排出規制に対応するために,ディーゼルエンジンの排気路中には,ディーゼルパティキュレートフィルタ(Diesel Particulate Filter: 以下「DPF」という。)と呼ばれるフィルタを備えた排気ガス後処理装置を設け,PMの排出量の低減が図られている。 In order to comply with the above emission regulations, an exhaust gas aftertreatment device having a filter called a diesel particulate filter (hereinafter referred to as “DPF”) is provided in the exhaust passage of a diesel engine. Emissions are being reduced.
この排気ガス後処理装置は,内蔵するDPFによって排気ガス中のPMを捕集することでPMの排出量を減少させるものであることから,使用を継続することでDPFに対するPMの堆積が進行して目詰まりを起こす。 Since this exhaust gas after-treatment device reduces the amount of PM emission by collecting PM in the exhaust gas using the built-in DPF, the PM deposition on the DPF advances as the use continues. Cause clogging.
そして,この目詰まりによって排気抵抗が高まると,エンジンの出力低下や燃費の悪化を招くことから,堆積したPMを除去してDPFを再生する処理が必要となる。 If the exhaust resistance increases due to this clogging, the engine output decreases and the fuel consumption deteriorates. Therefore, it is necessary to remove the accumulated PM and regenerate the DPF.
このようなDPFの再生方式の1つとして,排気ガス後処理装置内の入口側に酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst:以下「DOC」という)を設け,その下流側にDPFを収容することで,DOCの触媒作用によって連続的にDPFを再生する「連続再生型」と呼ばれる排気ガス後処理装置が提案されている。 As one of such DPF regeneration methods, an oxidization catalyst (Diesel Oxidation Catalyst: hereinafter referred to as “DOC”) is provided on the inlet side in the exhaust gas after-treatment device, and the DPF is accommodated on the downstream side thereof. An exhaust gas aftertreatment device called “continuous regeneration type” that continuously regenerates DPF by the catalytic action of the above has been proposed.
この連続再生型の排気ガス後処理装置は,エンジン駆動型作業機の通常運転中,エンジンの排気ガスの熱によりDOCの温度が活性温度以上に上昇すると,DOCの作用によってNO2を生成し,NO2を酸化剤としてPMを燃焼させることにより,酸素によるPMの自己燃焼温度よりも低い温度でDPFを再生することができ,エンジンの作動中,排気ガスの熱によりPMを連続的に燃焼させて除去しようというものである(以下,このようにエンジン駆動型作業機の通常運転中に連続的に行われるDPFの再生を,「連続再生」という。)。 This continuous regeneration type exhaust gas aftertreatment device generates NO 2 by the action of the DOC when the temperature of the DOC rises above the activation temperature due to the heat of the exhaust gas of the engine during normal operation of the engine-driven work machine. By burning PM using NO 2 as an oxidizer, DPF can be regenerated at a temperature lower than the self-combustion temperature of oxygen by oxygen, and PM is continuously burned by the heat of exhaust gas during engine operation. (Hereinafter, the regeneration of the DPF that is continuously performed during the normal operation of the engine-driven work machine is referred to as “continuous regeneration”).
しかし,このような連続再生型の排気ガス後処理装置であっても,エンジンが低負荷の運転状態で長時間運転される等して,DOCに導入される排気ガス温度がDOCの活性化温度を下回った状態で長時間運転されると,連続再生の機能を発揮せず,PMを燃焼できないことから,DPFに対するPMの堆積が進行する。 However, even in such a continuous regeneration type exhaust gas aftertreatment device, the exhaust gas temperature introduced into the DOC is increased by the DOC activation temperature, for example, when the engine is operated for a long time in a low-load operation state. When the operation is continued for a long time in a state where the temperature is lower than the range, the function of continuous regeneration is not exhibited and PM cannot be combusted, so that PM deposition proceeds on the DPF.
そして,DPFに対し一定量を超えたPMが堆積して排気抵抗が高まった後に,エンジンが高負荷運転に移行すると,高い排気抵抗の影響により通常の高負荷運転時と比べて排気ガス温度が高温となり,DPFに堆積した多量のPMが自己燃焼を開始して高温を発し,この熱によってDPFにクラックや溶損が発生する。 Then, after PM exceeding a certain amount accumulates on the DPF and the exhaust resistance increases, when the engine shifts to high load operation, the exhaust gas temperature becomes lower than that during normal high load operation due to the high exhaust resistance. A large amount of PM deposited on the DPF starts self-combustion and generates a high temperature, and this heat causes cracks and erosion of the DPF.
そのため,連続再生型の排気ガス後処理装置においても,DPFに対するPMの堆積量が所定量以上となったとき,燃料の後噴射や噴射時期の遅延により排気ガス温度を上昇させ排気ガス後処理装置内のDOCの温度を活性温度以上に上昇させることで,DPFに堆積したPMを,NO2を酸化剤として強制的に燃焼させる,強制再生方式を併用することも行われている(特許文献1)。 Therefore, even in the continuously regenerative exhaust gas aftertreatment device, when the amount of PM deposited on the DPF exceeds a predetermined amount, the exhaust gas temperature is increased by delaying the fuel post-injection or injection timing, and the exhaust gas after-treatment device. A forced regeneration method is also used in which the PM deposited on the DPF is forcibly burned using NO 2 as an oxidant by raising the temperature of the DOC above the activation temperature (Patent Document 1). ).
なお,前述した特許文献1に記載の強制再生方式は,自動車の走行中等,エンジンにかかる負荷が変動する状態で行う強制再生(以下,「負荷変動型強制再生」という。)であるところ,このような負荷変動型強制再生を行う場合,エンジンが低負荷運転で排気ガス温度が低い状態で強制再生を開始するとDPFの再生が完了するまでには長時間かかり,また,エンジンの負荷変動に伴い後噴射による燃料噴射量が増減し,或いは一時的な高負荷運転時には後噴射が停止する動作を繰り返すことにより酸化触媒の温度が不安定となって活性温度以上の状態を保持できず,NO2を安定/継続して生成できずPMを完全に燃焼させることができない場合があること,更には,強制再生の実行中にもかかわらずオペレータがエンジンを停止すると,DPFの再生も中断されることから,DPFに堆積したPMを除去しきれずに依然としてPMの堆積が進行する場合があり,大量に堆積したPMが急激に自己燃焼することでDPF本体や濾材が破損するおそれがある点に鑑み,本出願の出願人は,エンジン駆動圧縮機に設けた排気ガス後処理装置の再生方法として,DPFに所定量以上のPMが堆積したことを表示する警告灯の点灯等に基づき,オペレータにより強制再生の開始を指令するスイッチ操作等が行われることで,エンジンにかかる負荷を一定に維持した状態,従って,DPF内の温度を安定させた状態で行う強制再生(以下,このような強制再生を「定負荷型強制再生」という。)を行う,排気ガス後処理装置の再生方法について出願をしている(特許文献2)。
Note that the forced regeneration method described in
なお,前述したようにDPFの再生には,DOCの温度を活性化温度以上とすることが必要であることから,DOCの温度が前述した活性化温度以上に維持され易くなるように防音箱内における排気ガス後処理装置の配置を工夫したエンジン駆動型作業機も提案されている。 As described above, the regeneration of the DPF requires the DOC temperature to be equal to or higher than the activation temperature. Therefore, the DOC temperature is easily maintained within the activation temperature as described above. An engine-driven work machine in which the arrangement of the exhaust gas aftertreatment device is devised has also been proposed.
このようなエンジン駆動型作業機として,防音箱内に排気ガス後処理装置を縦置きに配置し,この排気ガス後処理装置の上端側に設けた排気ガス導入口と,エンジンの上部に設けられた排気口とを排気管で連通することで,排気口から排気ガス後処理装置までの距離を短くし,排気ガス後処理装置に導入される間の排気ガスを冷却され難くしたエンジン駆動型作業機や(特許文献3),防音箱内を仕切って形成された排気ダクト内に排気ガス後処理装置を配置するも,この排気ダクト中,エンジンの冷却ファンからの冷却風が当たり難い位置に排気ガス後処理装置を配置することで,排気ガス後処理装置が冷却され難くなるようにしたエンジン駆動型作業機も提案されている(特許文献4)。 As such an engine-driven work machine, an exhaust gas aftertreatment device is arranged vertically in a soundproof box, and an exhaust gas inlet provided on the upper end side of the exhaust gas aftertreatment device and an upper portion of the engine are provided. By connecting the exhaust port with an exhaust pipe, the distance from the exhaust port to the exhaust gas aftertreatment device is shortened, and the exhaust gas during introduction into the exhaust gas aftertreatment device is difficult to be cooled. Although an exhaust gas aftertreatment device is placed in an exhaust duct formed by partitioning the inside of a soundproof box or (Patent Document 3), the exhaust air is exhausted to a position where cooling air from the engine cooling fan is difficult to hit. There has also been proposed an engine-driven work machine in which an exhaust gas aftertreatment device is hardly cooled by disposing a gas aftertreatment device (Patent Document 4).
以上のように,排気ガス後処理装置では,通常運転時に行われる連続再生によってPMの除去が行われるものの,排気ガス後処理装置が連続再生の機能を発揮しない低負荷での運転が継続される等してDPFに対しPMの堆積が進行した場合には,前述した強制再生(負荷変動型,定負荷型)の実施が必要となる。 As described above, in the exhaust gas aftertreatment device, although PM is removed by continuous regeneration performed during normal operation, the exhaust gas aftertreatment device continues to operate at a low load where the exhaust gas aftertreatment device does not perform the function of continuous regeneration. For example, when PM deposition progresses on the DPF, the above-described forced regeneration (load variation type, constant load type) needs to be performed.
また,上記強制再生の実施にもかかわらず,DPFに対するPMの堆積がさらに進行して排気ガス流路全体の排気抵抗が更に高まると,エンジンの出力低下や排気温度の異常上昇に伴うエンジンの付属機器に不具合(例えば過給器の焼き付き)が生じる原因となる他,多量に堆積したPMが自己燃焼を開始することで,燃焼時の発熱により排気ガス後処理装置,その他の排気システムの構成機器が焼損するおそれがあることから,DPFに対するPM堆積量がさらに増加して,前述した強制再生(負荷変動型,定負荷型)の開始基準とした堆積量よりも更に多い,所定の堆積量に達すると,警報表示を行ってオペレータに警告する,又はエンジンを非常停止させる等の保護手段を講じることも必要となる。 In addition, if PM accumulation on the DPF further progresses and exhaust resistance of the entire exhaust gas flow path further increases despite the forced regeneration, the engine attached to the engine due to a decrease in engine output or an abnormal increase in exhaust temperature. In addition to causing malfunctions in the equipment (for example, burn-in of the supercharger), a large amount of accumulated PM starts self-combustion, so exhaust gas aftertreatment due to heat generated during combustion, and other components of the exhaust system Since the amount of PM deposited on the DPF further increases, the amount of PM deposited on the DPF increases to a predetermined deposition amount that is larger than the deposition amount that is the starting reference for the forced regeneration (load variation type, constant load type) described above. When it reaches, it is also necessary to take protective measures, such as displaying an alarm to warn the operator, or emergency stopping the engine.
しかし,前述した負荷変動型,定負荷型のいずれの強制再生においても,強制再生を行うためには排気ガス後処理装置に設けたDOCの温度を活性化温度以上に強制的に上昇させる必要があり,前掲の特許文献1,2に記載の強制再生方法では,燃料の遅延噴射や後噴射によってエンジンの排気ガス温度を上昇させ,これによりDOCの温度を活性化温度以上に上昇させる構成を採用している。
However, in either of the load fluctuation type or the constant load type forced regeneration described above, in order to perform the forced regeneration, it is necessary to forcibly raise the temperature of the DOC provided in the exhaust gas aftertreatment device to the activation temperature or higher. Yes, the forced regeneration methods described in the above-mentioned
そのため,通常運転時に比較して,強制再生時のエンジンは,後噴射等が行われる分,余分に燃料の消費を行うため燃費が悪く,運転条件にもよるが,強制再生時における燃料消費量は,通常運転時に比較して10%以上増加する。 Therefore, compared with normal operation, the engine during forced regeneration consumes extra fuel as much as post-injection, etc., resulting in poor fuel consumption and fuel consumption during forced regeneration, depending on the operating conditions. Increases by more than 10% compared to normal operation.
特に定負荷型強制再生では,負荷を一定としたエンジンの運転を実現するために,強制再生の実行中,本来の作業(例えば,エンジン駆動型発電機であれば,接続された電気機器に対する電力供給)を停止しているため,DPFを再生するためだけに多量の燃料が消費されることとなる。 In particular, in the constant load type forced regeneration, in order to realize the operation of the engine with a constant load, during the forced regeneration, the original work (for example, in the case of an engine driven generator, the power to the connected electrical equipment is A large amount of fuel is consumed only to regenerate the DPF.
更に,DPFに対するPM堆積量が前述した強制再生の実行基準である堆積量を超えて更に堆積して,PMを燃焼させると,燃焼時の発熱によって排気ガス後処理装置,その他の排気システムの構成機器に焼損を生じさせるおそれがあるレベルに迄達すると,燃焼によるPMの除去を行うことはできなくなるため,エンジン駆動型作業機を非常停止し,排気ガス後処理装置を分解清掃し,あるいは,交換する等の作業が必要となり,この間,エンジン駆動型作業機を使用した作業が停止すると共に,部品の交換,清掃等の修理,保守作業のための費用負担が強いられる結果,ランニングコストの上昇となる。 Further, when the PM accumulation amount on the DPF exceeds the accumulation amount that is the execution standard of the above-mentioned forced regeneration and the PM is burned, the exhaust gas aftertreatment device and other exhaust system configurations are generated by the heat generated during the combustion. When it reaches a level that may cause burnout to the equipment, it will not be possible to remove PM by combustion, so the engine-driven work machine is emergency stopped and the exhaust gas aftertreatment device is disassembled and cleaned, or The work using the engine-driven work machine is stopped during this period, and the cost of repairing parts such as replacement, cleaning, and maintenance work is forced, resulting in an increase in running cost. It becomes.
そのため,DPFに対するPMの堆積が進行することを防止できれば,強制再生の実施頻度を減らすことでエンジン駆動型作業機の燃費を大幅に向上させることができ,また,エンジン駆動型作業機の非常停止を回避して,排気ガス後処理装置の分解掃除や交換等に伴う費用や労力の負担についても軽減することができる。 Therefore, if PM accumulation on the DPF can be prevented, the fuel efficiency of the engine-driven work machine can be greatly improved by reducing the frequency of forced regeneration, and an emergency stop of the engine-driven work machine can be achieved. The cost and labor burden associated with disassembly cleaning and replacement of the exhaust gas aftertreatment device can be reduced.
ここで,DPFに対してPMの堆積が進行することを防止するためには,通常運転時に行われる連続再生におけるPMの除去効率を向上させることができれば良く,前記連続再生におけるPMの除去効率を向上させるためには,通常運転時におけるDOCの入口温度を上昇させ,DOCがより長い時間,活性化温度以上に維持されるようにすることができれば良い。 Here, in order to prevent PM accumulation from proceeding with respect to the DPF, it is only necessary to improve the PM removal efficiency in the continuous regeneration performed during the normal operation. In order to improve, it is only necessary to increase the inlet temperature of the DOC during normal operation so that the DOC can be maintained above the activation temperature for a longer time.
ここで,前述した特許文献3では,エンジンと排気ガス後処理装置間を連通する排気管の長さを短くすることで,排気管内を通過する際の排気ガスの温度低下を防止している。 Here, in Patent Document 3 described above, the temperature of the exhaust gas when passing through the exhaust pipe is prevented by shortening the length of the exhaust pipe communicating between the engine and the exhaust gas aftertreatment device.
また,特許文献4では,排気ガス後処理装置に直接冷却風が当たらないようにすることで冷却風との熱交換によって排気ガス後処理装置内のDOCの温度低下を防止している。 Moreover, in patent document 4, the temperature drop of the DOC in an exhaust-gas post-processing apparatus is prevented by heat-exchange with a cooling wind by making a cooling wind not directly hit an exhaust-gas post-processing apparatus.
従って,特許文献3,4に記載の構成では,温度低下を防止することで,防止されていなければ低下していたであろう温度分,DOC温度を上昇させることができるものとなっている。 Therefore, in the configurations described in Patent Documents 3 and 4, by preventing the temperature from being lowered, the DOC temperature can be raised by the temperature that would otherwise have been lowered.
しかし,特許文献3,4に記載の構成では,前述した温度低下の防止という消極的な手段を採用するのみで,積極的にDOC温度を上昇させる一切の構成を備えていないことから,通常運転時に連続再生によって除去されるPM量が増加するとしても,大幅な増加は望めない。 However, in the configurations described in Patent Documents 3 and 4, only the passive means of preventing the above-described temperature decrease is employed, and since no configuration for positively raising the DOC temperature is provided, normal operation is not performed. Even if the amount of PM removed by continuous regeneration sometimes increases, a significant increase cannot be expected.
しかも,特許文献3,4では,エンジンの排気口から排気ガス後処理装置に対する排気ガスの移送を,排気管を介して行っているため,排気管内を移動する際に依然として排気ガスは冷却風との熱交換によって冷却され,特に寒冷地における使用等,低温の環境下ではより顕著に冷却されることとなるため,DOCに導入される排気ガスの温度低下の防止という消極手段についても,決して十分なものであるとは言えず,この点でも得られる効果は限定的なものとなる。 Moreover, in Patent Documents 3 and 4, since the exhaust gas is transferred from the exhaust port of the engine to the exhaust gas aftertreatment device through the exhaust pipe, the exhaust gas still remains as cooling air when moving in the exhaust pipe. Because it is cooled by heat exchange, especially in cold areas, such as in cold areas, it becomes more prominently cooled. Therefore, the depolarization means of preventing the temperature drop of the exhaust gas introduced into the DOC is never enough. It cannot be said that it is a thing, and the effect obtained also in this respect is limited.
なお,前述した特許文献3,4には,排気ガス後処理装置の強制再生に関する記載はないが,特許文献3,4に記載されている排気システムを備えたエンジン駆動型作業機において前述した強制再生を実行した場合,強制再生の実行中,大きな排気音が生じて騒音が悪化するという新たな問題が生じる。 The above-mentioned Patent Documents 3 and 4 do not describe the forced regeneration of the exhaust gas aftertreatment device. However, the above-mentioned forced drive engine equipped with the exhaust system described in Patent Documents 3 and 4 described above. When regeneration is performed, a new problem arises in that during exhaustive regeneration, a loud exhaust sound is generated and noise is worsened.
すなわち,DPFに所定量以上堆積したPMを燃焼させる強制再生時には,PMの燃焼に伴う発熱によりDPFを通過した後の排気ガス温度は大幅に上昇し,この温度上昇に伴って,排気ガスの体積も膨張する。 That is, at the time of forced regeneration in which PM accumulated in the DPF is burned more than a predetermined amount, the exhaust gas temperature after passing through the DPF greatly increases due to the heat generated by the combustion of PM, and the volume of the exhaust gas increases with this temperature increase. Also expands.
そのため,特許文献3,4に記載されているように,排気ガス後処理装置内を通過した排気ガスを,テールパイプを介して機外に放出する構成では,テールパイプの出口における排気ガスの流速が通常運転時に比較して大幅に上昇するため,大きな排気音が生じ,このようにして増大した排気音は,消音器を取り付けただけでは,十分に低減させることが難しく,騒音悪化の一因となる。 Therefore, as described in Patent Documents 3 and 4, in the configuration in which the exhaust gas that has passed through the exhaust gas aftertreatment device is discharged to the outside through the tail pipe, the flow rate of the exhaust gas at the outlet of the tail pipe However, it is difficult to sufficiently reduce the exhaust noise that has been increased in this way simply by installing a silencer, which is a cause of noise deterioration. It becomes.
そこで本発明は,上記従来技術における欠点を解消するためになされたものであり,比較的簡単な構成でありながら,通常運転時に行われる連続再生におけるPMの除去効率を向上させて,強制再生の実施頻度を減少させることができると共に,強制再生の実行中においても排気音が静かである排気システムを提供することにより,エンジン駆動型作業機の燃費の向上とランニングコストの低下,及び低騒音化を同時に実現することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and while having a relatively simple configuration, the PM removal efficiency in continuous regeneration performed during normal operation is improved, and forced regeneration is performed. By providing an exhaust system that can reduce the frequency of implementation and quiet the exhaust sound even during forced regeneration, it improves fuel consumption, lowers running costs, and reduces noise in engine-driven work machines It aims at realizing simultaneously.
以下に,課題を解決するための手段を,発明を実施するための形態で使用する符号と共に記載する。この符号は,特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態の記載との対応を明らかにするためのものであり,言うまでもなく,本発明の技術的範囲の解釈に制限的に用いられるものではない。 Hereinafter, means for solving the problem will be described together with reference numerals used in the embodiment for carrying out the invention. This symbol is used to clarify the correspondence between the description of the scope of claims and the description of the mode for carrying out the invention. Needless to say, it is used in a limited manner for the interpretation of the technical scope of the present invention. It is not a thing.
上記目的を達成するために,本発明のエンジン駆動型作業機の排気システム30は,
仕切壁13によって2室に仕切られた防音箱10内の一方の室をエンジン20及び作業機3を収容するエンジン室10aと成すと共に,他方の室を,前記仕切壁13に設けた連通口14を介して前記エンジン室10aより導入された冷却風を機外に誘導する排風室10bとしたエンジン駆動型作業機1に設けられ,入口31a側内部に酸化触媒(DOC),出口31b側内部に前記エンジンの排気ガス中に含まれる粒子状物質(PM)を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)を収容した,連続再生型の排気ガス後処理装置31を備えた排気システムに30おいて,
前記排気ガス後処理装置31を,前記エンジン室10a内の前記エンジン20の排気口23近くに配置して,前記排気ガス後処理装置31の前記入口31aを前記エンジン20の前記排気口23に連通し,
前記排気ガス後処理装置31の前記出口31bに排気管32の一端を連通し,該排気管32の他端を,仕切壁13を貫通して前記排風室10b内まで延設して,
前記排気管の前記他端に,前記排風室10b内に収容された消音器33の入口を連通し,
前記消音器33の出口にテールパイプ34の一端を連通すると共に,該テールパイプ34の他端を,前記防音箱10外に向けて開口したことを特徴とする(請求項1)。
In order to achieve the above object, an
One chamber in the
The exhaust
One end of an
The other end of the exhaust pipe communicates with an inlet of a
One end of the
前記構成の排気システム30において,前記排気ガス後処理装置31は,これを前記エンジン20に搭載して,前記排気ガス後処理装置31の前記入口31aを,前記エンジン20の前記排気口23に直接取り付けた構成とすることが好ましい(請求項2)。
In the
更に,前記排風室10b内を通過する冷却風の流れに対し,前記消音器33の長手方向が直交方向となるよう,前記消音器33を前記排風室10b内に配置することが好ましい(請求項3)。
Furthermore, it is preferable to arrange the
以上で説明した本発明の構成により,本発明の排気システム30を備えたエンジン駆動型作業機1では,以下の顕著な効果を得ることができた。
With the configuration of the present invention described above, the engine-driven working
エンジン室10a内に収容した排ガス後処理装置31を,エンジン20の排気口23近くに設けてエンジン20の排気口23と排気ガス後処理装置31の入口31aを連通したことで,エンジン20の排気ガスを,温度を低下させることなく排気ガス後処理装置31に導入することができただけでなく,排気システム30の構成中に消音器33を設けたことにより排気システム30全体の排気抵抗が増加したことで,エンジン20の排気口23から排出される排気ガス温度が上昇し,その結果,従来構造に比較して,排気ガス後処理装置31のDOC入口温度を大幅に上昇させることができた。
The exhaust
その結果,従来構造に比較して,より低負荷の運転状態であっても連続再生が実行されるようになり,通常運転時における連続再生によって除去されるPM量が増大することで,DPFに対するPMの堆積が生じ難くなり,強制再生の実施頻度を減少させることができた。 As a result, compared to the conventional structure, continuous regeneration is performed even in a lower load operating state, and the amount of PM removed by continuous regeneration during normal operation increases, so that PM accumulation was less likely to occur, and the frequency of forced regeneration could be reduced.
このように,多量の燃料を消費する強制再生の実施頻度を減少させることができたことで,エンジン駆動型作業機1の燃費を大幅に改善することができ,エンジン駆動型作業機1のランニングコストを低減することができた。
As described above, since the frequency of forced regeneration that consumes a large amount of fuel can be reduced, the fuel consumption of the engine-driven
また,前述したように,排気ガス後処理装置31のDOC入口温度が上昇することで,強制再生の実行時,DOCを短時間で活性化温度に上昇させることができ,強制再生の実行時間を短縮できること,更に,強制再生時における後噴射の噴射量をDOCの入口温度に応じて増減させる制御を行う場合には,より少ない量の燃料噴射(後噴射等)によってDOCを活性化温度まで上昇させることが可能となることから,強制再生時の燃料消費量についても減少させることが可能となった。
Further, as described above, the DOC inlet temperature of the exhaust
しかも,排気ガス後処理装置31の強制再生時,DPFに堆積したPMの燃焼によって排気ガス後処理装置のDPFを通過した排気ガスが高温となり体積が膨張するものの,排気ガス後処理装置31をエンジン室10a,消音器33を排風室10bに離して配置すると共に,排気ガス後処理装置31と消音器33との間を排気管32によって連通したことで,排気ガス後処理装置31の出口31bを出た膨張した排気ガスは,排気管32内を通過する際に防音箱10内を流れる冷却風と熱交換されて冷却されることで体積が収縮した後に消音器33内に導入されるため,消音器33において効果的に消音を行うことができ,更に,排風室10b内で冷却風により冷却されている消音器33内を通過する際にも冷却されて更に体積が収縮された後にテールパイプ34を介して放気されるため,テールパイプ34の出口を通過する排気ガスの流速が大幅に減速されることで,消音器33の消音効果とも相俟って,強制再生時における排気音を大幅に低減することができた。
In addition, when the exhaust
前記排気ガス後処理装置31を前記エンジン20に搭載して,前記排気ガス後処理装置31の前記入口31aを,前記エンジン20の前記排気口23に直接取り付けた構成とした場合には,エンジン20からの排気ガスは,排気された温度そのままで排気ガス後処理装置31のDOCに導入することが可能で,より確実に排気温度の低下を防止することができた。
When the exhaust
排風室10b内を通過する冷却風の流れに対し,前記消音器33の長手方向が直交方向となるよう前記消音器33を前記排風室10b内に配置した構成では,消音器33が冷却風によって効率的に冷却される結果,消音器33内における排気ガスの体積減少が良好に行われ,その結果,より一層の排気音の低下を実現することが可能であった。
In the configuration in which the
以下に,添付図面を参照しながら,本発明の排気システム30を備えたエンジン駆動型作業機1について説明する。
Hereinafter, an engine-driven working
〔エンジン駆動型作業機の全体構成〕
図1,2において,符号1は,本発明の排気システム30を備えたエンジン駆動型作業機であり,このエンジン駆動型作業機1は,フレーム11とボンネット12によって構成された防音箱10内に必要な機器を収容したパッケージ型のエンジン駆動型作業機1として構成している。
[Overall configuration of engine-driven work machine]
1 and 2,
防音箱10を構成する前述のフレーム11は,エンジン駆動型作業機1の構成機器を搭載するための基台であり,このフレーム11上に,エンジン20,前記エンジン20によって駆動される発電機や圧縮機等の作業機3の他,冷却ファン21,ラジエータ22,その他のエンジン駆動型作業機1の構成機器を搭載すると共に,これらの機器を搭載したフレーム11上を箱型のボンネット12によって覆うことでパッケージ化している。
The above-described frame 11 constituting the
前述の防音箱10内の空間は,仕切壁13によってエンジン室10aと排風室10bの2室に区画されており,このうちのエンジン室10a内にはエンジン20や作業機3を収容すると共に,排風室10b内には本発明の排気システム30を構成する機器のうちの消音器33を収容している。
The space in the
前述の仕切壁13には,エンジン室10aと排風室10bとを連通する連通口14が開口しており,この連通口14に対向してエンジン20を冷却した冷却水を熱交換するラジエータ22を配置し,このラジエータ22に向かう冷却風を発生させる冷却ファン21をエンジン室10a内に配置している。
The
従って,冷却ファン21が回転して冷却風が発生すると,エンジン室10a内の空気がラジエータ22を通過して,ラジエータ22内の冷却水と熱交換された後,排風室10bに導入され,排風室10bの上部に設けられた放気口15を介して防音箱10外に放出される。
Therefore, when the cooling
なお,図示の例では放気口15を排風室10bの上部に設ける構成としたが,放気口15の配置はこの位置に限定されず,排風室10bの側壁を成すボンネット12の側壁に設けるものとしても良い。
In the illustrated example, the
〔排気システム〕
エンジン室10a内に収容されたエンジン20の排気口23より排出された排気ガスは,エンジン室10aから排風室10bに延設された排気システム30を介して機外に排出される。
[Exhaust system]
The exhaust gas discharged from the
本発明のエンジン駆動型作業機1において,この排気システム30は,排気ガス後処理装置31と,前記排気ガス後処理装置31を通過した後の排気ガスが導入される消音器33,前記排気ガス後処理装置31と消音器33間を連通する排気管32,及び前記消音器33を通過した排気ガスを防音箱10外に放出するテールパイプ34によって構成されている。
In the engine-driven
前述の排気ガス後処理装置31は,従来技術として説明した「連続再生型」として構成されたものであり,排気ガスが通過可能に構成されたケーシング内の入口31a側に,酸化触媒(DOC)が収容されていると共に,このDOCに対し出口31b側に,排気ガス中に含まれるPMを捕集するためのディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)が収容された構造を有している。
The exhaust
この排気ガス後処理装置31は,エンジン室10a内で,エンジン20の排気口23近くに配置され,この位置においてエンジン20の排気口23に排気ガス後処理装置31の入口31aを連通することで,エンジン20の排気ガスを,温度の低下を生じさせることなく排気ガス後処理装置31に導入できるように構成している。
The exhaust
好ましくは,排気ガス後処理装置31を,排気口23の直近位置のエンジン20上(図示の例ではエンジンのフライホイールハウジング上)に搭載し,エンジン20の排気口23に対し直接,排気ガス後処理装置31の入口31aを接続する。
Preferably, the exhaust
エンジン20の排気口23に入口31aが接続された排気ガス後処理装置31の出口31bには,排気管32の一端が接続されており,排気ガス後処理装置31内を通過してその出口31bより排出された排気ガスは,仕切壁13を貫通して排風室10b内に他端が延設された前記排気管32を介して,排風室10b内に収容された消音器33内に導入される。
One end of an
特許文献3,4として紹介したように,エンジンの排気口より排出された排気ガスを,排気管によって排気口より離れた位置に設けた排気ガス後処理装置に導入する構成では,排気ガス後処理装置に導入される排気ガスが移送中に温度低下することを好適に防止しようとすれば,例えば排気管を二重管構造とし,あるいは,保温材で覆う等の処置が必要となるが,本実施形態の排気システム30では,排気ガス後処理装置31を,排気管等を介さずに直接,エンジン20の排気口23に連通する構成を採用する一方,排気管32は,排気ガス後処理装置31を通過した後の排気ガスを,消音器33に導入するための構成として採用していることから,排気管32は,むしろ,内部を通過する排気ガスの温度が低下するようになっていることが好ましい。
As introduced in Patent Documents 3 and 4, the exhaust gas exhaust gas discharged from the exhaust port of the engine is introduced into an exhaust gas aftertreatment device provided at a position away from the exhaust port by an exhaust pipe. If it is desired to prevent the temperature of the exhaust gas introduced into the equipment from dropping during the transfer, for example, the exhaust pipe should have a double-pipe structure or be covered with a heat insulating material. In the
そのため,本発明の排気システム30では,排気管32を二重管構造とし,あるいは,保温材で覆う等の,保温のための構造を採用する必要がなく,好ましくは,排気管32内を通過する際に排気ガス温度のより一層の低下が得られるよう,排気管32を防音箱10内のうち冷却風の流路となる部分に配置し,あるいは,排気管32として熱伝導性の良い材質でできたものを使用し,更には,排気管32として外周に放熱用のフィンが取り付けられたフィンチューブ等を採用するものとしても良い。
Therefore, in the
仕切壁13を貫通して排風室10b内に延設された排気管32の他端には,排風室10b内に収容された消音器33の入口が連通されている。
The other end of the
この消音器33として,本実施形態にあっては消音効果の高い多段膨張式の消音器を採用しているが,消音器の構造はこれに限定されず,既知の各種構造のものを採用可能である。
As the
この消音器33は,図示の形態では略円筒形状を成し,好ましくは,その長手方向が,排風室10b内を通過する冷却風の流れに対し直交方向となるように配置することが好ましく,排風室10bの天板に放気口15を設け,冷却風を上向きに放出する構成とした図示の実施形態にあっては,放気口15近くに消音器33を長手方向が水平方向となるように配置することで,冷却風との熱交換によって良好に冷却できるように構成している。
The
前述の消音器33の出口には,テールパイプ34が連通され,このテールパイプ34の出口を防音箱10外に向けて開口することで,消音器33を通過させた後の排気ガスを防音箱10外に排気できるように構成している。
A
図示の実施形態にあっては,このテールパイプ34を,排風室10bの上部に形成した放気口15を介して防音箱10外に向けて開口する構成としているが,テールパイプ34の配置はこの構成に限定されず,例えば防音箱10の側壁に設けた貫通孔を介して防音箱10外に向けて開口させる等しても良い。
In the illustrated embodiment, the
なお,特許文献3,特許文献4として紹介した従来のエンジン駆動型作業機の排気システムでは,エンジンの排気口より排出された排気ガスを,排気管,排気ガス後処理装置,及びテールパイプを介して排気するものであったのに対し,本発明の排気システム30では,エンジン20の排気口23より排出された排気ガスを,排気ガス後処理装置31,排気管32,消音器33,及びテールパイプ34を介して排出する構成としており,消音器33を増設した分,排気システム30全体の排気抵抗が増加している。
In the exhaust system of the conventional engine-driven working machine introduced as Patent Document 3 and Patent Document 4, exhaust gas discharged from the exhaust port of the engine is passed through an exhaust pipe, an exhaust gas aftertreatment device, and a tail pipe. In the
本発明の排気システム30では,この排気抵抗の増加によるエンジン20の排気ガス温度の上昇を利用して,排気ガス後処理装置31のDOC入口温度を上昇させてDPFの再生効率の向上を図っているが,過度の排気抵抗の増加は,エンジン20の出力低下や排気ガス温度の過度な上昇によって,排気システム30を構成する各機器や排気システム30に近接して設けられている機器類を熱損傷させるおそれがあり, 特に過給器(排気タービン)付きエンジンの場合には排気ガス温度の過度な上昇は過給器の焼付要因となる。
In the
そのため,エンジン20にはそれぞれ排気抵抗の許容値上限値Rlimが設定されており,排気システム30の排気抵抗は,前述の許容上限値Rlimに対し所定の余裕分低く設定した最大値Rmaxを超えないように設定する。
For this reason, the
すなわち,PMの堆積が生じていない状態における排気システム30の排気抵抗である基礎抵抗Rbと,DPFにPMが許容最大量堆積した際の排気抵抗の増分Rpの和が,前述した最大値Rmax以下(Rb+Rp≦Rmax)となるよう設定する。
That is, the sum of the basic resistance Rb, which is the exhaust resistance of the
従って,従来の排気システムと排気抵抗の最大値Rmaxを同一値に設定したと仮定すると,本発明の排気システムでは,消音器33の設置によって基礎抵抗Rbが上昇している分,従来の排気システムに比較して,許容可能な排気抵抗の増分Rp,すなわち,許容し得るPMの堆積量が少なくなる。
Therefore, assuming that the maximum value Rmax of the exhaust resistance is set to the same value as that of the conventional exhaust system, in the exhaust system of the present invention, the basic resistance Rb is increased by the installation of the
〔作用等〕
(1)通常運転時における作用
以上で説明した本発明の排気システム30を備えたエンジン駆動型作業機1のエンジン20を作動すると,エンジン20における燃料の燃焼に伴って発生した排気ガスが,エンジン20の排気口23より排出され,排気ガス後処理装置31,排気管32,消音器33,テールパイプ34を介して,防音箱10外に排出される。
[Action etc.]
(1) Operation during normal operation When the
エンジン20より排出される排気ガスの温度は,エンジン20の負荷の増減に伴って変化し,エンジン20の負荷は,作業機3が行う仕事量(例えば,作業機3が発電機であれば発電電力)が増える程,増大する一方,仕事量が減少すると減少する。
The temperature of the exhaust gas discharged from the
作業機3の仕事量が多く,エンジン20に高負荷がかかっている状態では,エンジン20の排気口23より排出される排気ガス温度も高く,排気ガス後処理装置31に導入される排気ガス温度が,DOCの活性化温度以上となっており,排気ガス後処理装置31内では,DOCの触媒作用によってNO2が生成され,このNO2を酸化剤としてDPFに堆積したPMが燃焼することにより除去される,前述した連続再生の機能が発揮される。
When the work machine 3 has a large amount of work and a high load is applied to the
これに対し,作業機3の仕事量が少なく,エンジン20が低負荷で運転されている状態では,エンジン20の排気口23より排出される排気ガス温度も低くなる。
On the other hand, when the work machine 3 has a small amount of work and the
このように,エンジン20の排気ガス温度が低下してDOCの入口温度がDOCの活性化に必要な温度未満になると,排気ガス後処理装置31は連続再生の機能を発揮せず,内蔵しているDPFによってPMを捕集するのみであるため,捕集されたPMは除去されることなくDPFに対するPMの堆積が進行する。
As described above, when the exhaust gas temperature of the
PMの堆積が進行して,DPFの通気抵抗が増加して排気システム30全体の排気抵抗が増加すると,これによりエンジン20の排気口23より排出される排気ガスの温度が上昇し,この排気ガス温度上昇によってDOCの入口温度がDOCの活性化に必要な温度に迄上昇すれば,排気ガス後処理装置31は前述した連続再生を実行する。
When PM deposition progresses and the ventilation resistance of the DPF increases and the exhaust resistance of the
ここで,連続再生によってDPFに堆積したPMを完全に除去するためには,DPFに堆積したPMが燃焼してDPFの再生が完了するまでの間,DOCの活性温度以上の状態を維持する必要があるところ,従来の排気システムの構造では,低負荷状態の運転では,PMの除去が完了する迄の間,DOCを活性化温度に維持することは困難なものとなっていたが,本発明の排気システム30の構成では,消音器33の設置により排気システム30全体の排気抵抗が高まったことと,エンジン20からの排気ガスを,温度低下を生じさせることなく後処理装置31に導入可能としたことで,連続再生時に除去し得るPM量を増大させることができるものとなっている。
Here, in order to completely remove the PM accumulated in the DPF by continuous regeneration, it is necessary to maintain the state above the activation temperature of the DOC until the PM accumulated in the DPF burns and the regeneration of the DPF is completed. However, in the structure of the conventional exhaust system, it is difficult to maintain the DOC at the activation temperature until the PM removal is completed in the low load operation. With the configuration of the
この点に関し,図3,図4を参照して更に詳細に説明すると,図3中に一点鎖線で示したグラフは,従来の排気システム(消音器が無く,エンジンの排気口と排気ガス後処理装置を離して配置した構成)を備えたエンジン駆動型発電機における発電電力とDOC入口温度の関係を模式的に示したものであり,実線で示したグラフは,本発明の排気システム30を備えたエンジン駆動型発電機1の発電電力とDOC入口温度の関係を模式的に示したものである。
This point will be described in more detail with reference to FIG. 3 and FIG. 4. The graph shown by the alternate long and short dash line in FIG. 3 shows a conventional exhaust system (no silencer, engine exhaust port and exhaust gas aftertreatment). FIG. 2 schematically shows the relationship between the generated power and the DOC inlet temperature in an engine-driven generator having a configuration in which the apparatus is separated, and the graph shown by a solid line includes the
従来の排気システムに比較し,本発明の排気システム30では,排気ガス後処理装置31をエンジン20の排気口23近くに配置した構成と,消音器33の追加に伴う排気抵抗の増加によって,DOCの入口温度が高温側にシフトしており,一例として,最大発電電力gmax発生時における運転状態で,約100℃の温度上昇が得られている。
Compared to the conventional exhaust system, the
その結果,図3中の縦軸における「X」を,DOCの活性化に必要なDOCの入口温度とすると,従来の排気システムでは,発電機の発電電力がg4以上であるときのみ,連続再生が実行される。 As a result, assuming that “X” on the vertical axis in FIG. 3 is the inlet temperature of the DOC necessary for DOC activation, in the conventional exhaust system, continuous regeneration is performed only when the generated power of the generator is g4 or more. Is executed.
これに対し,本発明の排気システム30では,DOCの入口温度が高温側にシフトしていることで,発電機の発電電力がg1であるときにDOCの入口温度は既にDOCの活性化に必要な温度X℃に達しており,その結果,従来構造では連続再生が実行されていなかった,発電電力がg1以上,g4未満の範囲にまで,連続再生の実行領域を拡大させることができ,これにより通常運転時におけるPMの除去量を増大させることができるものとなっている。
On the other hand, in the
図4は,エンジンの負荷を一定とした運転状態におけるPMの堆積量の変化とDOCの入口温度の変化を模式的に表したグラフであり,図中,一点鎖線で表したグラフは,従来の排気システム,実線で示したグラフは,本発明の排気システム30のものである。
Fig. 4 is a graph schematically showing the change in the amount of accumulated PM and the change in the DOC inlet temperature in an operating state with a constant engine load. In the figure, the one-dot chain line represents the conventional graph. The graph shown by the exhaust system and the solid line is for the
図4に示すように,DPF上に対するPMの堆積量が増加し,DPFの通気抵抗が増加すると,排気システム30全体の排気抵抗も増加するため,エンジン20の排気口23より排出される排気ガス温度が上昇し,これに伴ってDOCの入口温度も上昇し,DOCの入口温度が,DOCの活性化に必要な温度X℃以上になると,PMの燃焼が開始する。
As shown in FIG. 4, when the amount of PM deposited on the DPF increases and the ventilation resistance of the DPF increases, the exhaust resistance of the
ここで,従来構造の排気システムでは,PMの堆積量がp4以上にならないと,DOCの入口温度はX℃以上とはならず,また,一旦,堆積量がp4以上となり,PMの燃焼が開始されても,PMが燃焼して除去されることで堆積量がp4を下回れば,DPFの通気性が回復して排気抵抗が低下し,DOCの入口温度はX℃を下回ることから,この運転状態では連続再生が実行されても,DPFに堆積したPMを完全に除去(p4未満に除去)することは難しい。 Here, in the exhaust system of the conventional structure, if the PM accumulation amount does not exceed p4, the DOC inlet temperature does not exceed X ° C, and once the accumulation amount exceeds p4, PM combustion starts. However, if the accumulated amount falls below p4 due to PM being burned and removed, the air permeability of the DPF is restored, the exhaust resistance is lowered, and the inlet temperature of the DOC is lower than X ° C. Even if continuous regeneration is performed in this state, it is difficult to completely remove the PM deposited on the DPF (removal to less than p4).
これに対し,本発明の排気システム30では,消音器33の追加によって,排気システム30の基礎的な排気抵抗が高められていることと,排気ガスの温度低下の防止により,DOCの入口温度が高温側にシフトされていることから,DPFに対しPMがp1以上堆積すると連続再生が実行されるため,従来構造では連続再生が実行されていなかった堆積量p1以上,p4未満の範囲に迄,連続再生の実行領域を拡大させることができたことで,通常運転時におけるPMの除去量を増大させることができるものとなっていると共に,DPFに対するPM堆積量がより少なくなるまで,PMの除去を行うことができるものとなっている。
In contrast, in the
しかも,DPFのPM堆積に伴う排気抵抗の増分を加えた排気システム全体の排気抵抗が同じ場合,本発明の排気システム30におけるDPFに対するPMの堆積量は,従来の排気システムにおけるPMの堆積量に比較して少ないことから,より短時間でPMを完全に除去でき,この点でも,堆積したPMが除去され易い構造となっている。
In addition, when the exhaust resistance of the entire exhaust system including the increase of the exhaust resistance accompanying the PM deposition of the DPF is the same, the PM deposition amount with respect to the DPF in the
このように,本発明の排気システム30を備えたエンジン駆動型作業機1では,従来の排気システムを備えたエンジン駆動型作業機に比較して,通常運転中に行われる連続再生によってDPFの再生を完了できる可能性が高く,負荷変動型及び定負荷型,いずれの強制再生の実施回数ともに減らすことができ,これによって,強制再生に伴う燃料消費量が減少することによって,ランニングコストを低減できる。
As described above, in the engine-driven
(2)強制再生時における作用
以上のように,本発明の排気システム30を備えたエンジン駆動型作業機1では,通常運転時に行われる連続再生によって効率的にPMを除去できるようにしたことで,DPFに対するPMの堆積が生じ難くし,これにより強制再生の実施頻度を減少させ得るものとなっているが,本発明の排気システムを備えたエンジン駆動型作業機にあっても,連続再生が実行されない低負荷での運転が長時間行われる等した場合,依然としてDPFに対しPMの堆積が進行し得る。
(2) Operation during forced regeneration As described above, in the engine-driven
そのため,本発明の排気システム30を備えたエンジン駆動型作業機1においても,前述した強制再生(負荷変動型強制再生,定負荷型強制再生)を行うことが必要となる。
Therefore, the engine-driven
一例として,本実施形態にあっては,DPFに対するPMの堆積量が所定の第1堆積量を超えると,負荷変動型強制再生を実行し,また,この負荷変動型強制再生によってはPMを完全に除去し切れず,PMの堆積がさらに進行して前記第1堆積量よりも多い,第2堆積量を超えると,定負荷型強制再生を実行し,更に,第2堆積量よりも多い第3堆積量を超えると,警報表示を行ってオペレータに警告する,又はエンジンを非常停止させる等してエンジン駆動型作業機を保護する構成を採用している。 As an example, in the present embodiment, when the amount of PM deposited on the DPF exceeds a predetermined first accumulation amount, load fluctuation type forced regeneration is executed. If the PM deposition further progresses and exceeds the first deposition amount and exceeds the second deposition amount, the constant load type forced regeneration is performed, and further, the PM deposition amount exceeds the second deposition amount. When the amount exceeds 3 deposits, an alarm is displayed to warn the operator, or the engine is stopped, and the engine-driven work machine is protected.
本発明の排気システムを備えたエンジン駆動型作業機では,このような強制再生時においても,以下のような有利な効果を発揮する。 The engine-driven work machine equipped with the exhaust system of the present invention exhibits the following advantageous effects even during such forced regeneration.
(2-1)強制再生時の燃費向上
前述したように,本発明の排気システム30を備えたエンジン駆動型作業機1では,従来構造のものに比較して排気ガス温度が高くDOCの入口温度の上昇が得られる構造となっており,このことにより,強制再生時における燃料消費量についても減少させることができた。
(2-1) Improved fuel consumption during forced regeneration As described above, the engine-driven
すなわち,本発明の排気システム30を備えたエンジン駆動型作業機1では,前述のように排気ガス温度が高く既にDOCの入口温度が上昇しているため,燃料の後噴射を行う前述した強制再生の開始後,短時間でDOCの活性化に必要な温度にまで上昇させることが可能となり,強制再生の実行時間が短縮され,後噴射による燃料消費量を低減することができる。また,DOC入口温度を検知し,入口温度の高低により後噴射における燃料噴射量を増減させる制御を実施する場合においては,DOC入口温度が高いことから後噴射の燃料噴射量が減量され,後噴射による燃料消費量を低減することができる。
That is, in the engine-driven working
その結果,従来の排気システムを備えたエンジン駆動型作業機に比較して,より少ない量の後噴射等により強制再生を実行することが可能となり,強制再生の実行頻度の減少だけでなく,強制再生実行中の燃費そのものについても向上させることができた。 As a result, it becomes possible to perform forced regeneration by using a smaller amount of post-injection, etc., compared to an engine-driven work machine equipped with a conventional exhaust system. It was also possible to improve fuel efficiency during regeneration.
(2-2) 強制再生時における排気音の低減
強制再生の実行中,DPFに堆積したPMが燃焼することにより,通常運転時に比較して排気ガス後処理装置31の出口31bより排出される排気ガスの温度は高温となる。
(2-2) Reduction of exhaust noise during forced regeneration Exhaust gas discharged from the
そして,従来の排気システムを備えたエンジン駆動型作業機では,排気ガス後処理装置を通過して高温となることで体積膨張した排気ガスを,テールパイプを介して防音箱外に排出する構造を採用しているため,テールパイプの出口を通過する排気ガスの流速は,体積が膨張した分,速くなり,通常運転時に比べ排気音が大きくなる。 An engine-driven work machine equipped with a conventional exhaust system has a structure in which exhaust gas that has undergone volume expansion due to high temperature after passing through an exhaust gas aftertreatment device is discharged outside the soundproof box through a tail pipe. Because it is adopted, the flow rate of the exhaust gas that passes through the outlet of the tail pipe becomes faster as the volume expands, and the exhaust noise becomes louder than during normal operation.
これに対し,本発明の排気システム30を備えたエンジン駆動型作業機1では,排気ガス後処理装置31を通過した後の排気ガスを,エンジン室10aから仕切壁13を貫通して排風室10bまで延設した排気管32を介して,排風室10b内に配置した消音器33に導入する構成を採用したことで,排気音を好適に消音できるものとなっている。
On the other hand, in the engine-driven working
ここで,防音箱10のエンジン室10a壁面には、エンジン室10a内に外気を取り入れるための吸気口(図示せず)が設けられており,この吸気口から取り入れられる外気は,エンジン20や作業機3の吸入空気となる他,冷却ファン21の回転によりエンジン室10a内から仕切壁13に設けた連通口14,ラジエータ22を通り排風室10bに至り,その後,排風室10bに設けた放気口15から防音箱10外へ排出される冷却風となる。
Here, the
従って,前述した冷却風は,排気ガス後処理装置31に連通された排気管32や,排風室10b内に配置された消音器33との接触による熱交換により,これらの内部を通過する排気ガスを冷却する。
Therefore, the cooling air described above is exhausted through the interior by heat exchange by contact with the
その結果,DPFに堆積したPMの燃焼に伴う発熱によって高温に加熱され,体積膨張した状態で排気ガス後処理装置31の出口31bを出た排気ガスは,排気管32を通過する際に冷却されて体積収縮した後に消音器33内に導入されるため,消音器33における消音効率が向上すると共に,消音器33を通過する際にも冷却されてさらに体積収縮することで,消音器33の出口に連通したテールパイプ34の出口を通過する排気ガスの流速を大幅に低下させることができ,消音器33による消音効果とも相俟って,強制再生時においても排気音を大幅に低下させることができた。
As a result, the exhaust gas that has been heated to a high temperature by the heat generated by the combustion of the PM deposited on the DPF and has expanded in volume and has exited the
1 エンジン駆動型作業機
3 作業機
10 防音箱
10a エンジン室
10b 排風室
11 フレーム
12 ボンネット
13 仕切壁
14 連通口
15 放気口
20 エンジン
21 冷却ファン
22 ラジエータ
23 排気口
30 排気システム
31 排気ガス後処理装置
31a 入口
31b 出口
32 排気管
33 消音器
34 テールパイプ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記排気ガス後処理装置を,前記エンジン室内の前記エンジンの排気口近くに配置して,前記排気ガス後処理装置の前記入口を前記エンジンの前記排気口に連通し,
前記排気ガス後処理装置の前記出口に排気管の一端を連通し,該排気管の他端を,仕切壁を貫通して前記排風室内まで延設して,
前記排気管の前記他端に,前記排風室内に収容された消音器の入口を連通し,
前記消音器の出口にテールパイプの一端を連通すると共に,該テールパイプの他端を,前記防音箱外に向けて開口したことを特徴とするエンジン駆動型作業機の排気システム。 One chamber in the soundproof box divided into two chambers by the partition wall is formed as an engine chamber that houses the engine and the work machine, and the other chamber is connected to the engine chamber via a communication port provided in the partition wall. It is installed in an engine-driven work machine that serves as an exhaust chamber for guiding the introduced cooling air to the outside of the machine. It captures the oxidation catalyst inside the inlet side and the particulate matter contained in the engine exhaust gas inside the outlet side. In an exhaust system equipped with a continuously regenerative exhaust gas aftertreatment device that contains a diesel particulate filter
The exhaust gas aftertreatment device is disposed near the exhaust port of the engine in the engine chamber, and the inlet of the exhaust gas aftertreatment device is communicated with the exhaust port of the engine;
One end of an exhaust pipe communicates with the outlet of the exhaust gas aftertreatment device, and the other end of the exhaust pipe extends through the partition wall to the exhaust chamber,
The other end of the exhaust pipe communicates with an inlet of a silencer housed in the exhaust chamber,
An exhaust system for an engine-driven working machine, wherein one end of a tail pipe communicates with an outlet of the silencer, and the other end of the tail pipe is opened toward the outside of the soundproof box.
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CN108301921A (en) * | 2017-01-11 | 2018-07-20 | 上海怡允环境科技有限公司 | A kind of sound insulation of engine, noise reduction, exhaust treatment system |
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